范嘉堃，宋坤，徐立昊，周樹(shù)輝，楊亮

（中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京100028）

1 引言

燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣濾芯（以下簡(jiǎn)稱濾芯）作為進(jìn)氣過(guò)濾系統(tǒng)的核心元件，其性能優(yōu)劣將直接影響整體機(jī)組的安全運(yùn)行[1]。

濾芯基材優(yōu)化選型需考慮操作參數(shù)（過(guò)濾濕度、壓力、流量）及性能參數(shù)（過(guò)濾效率、壓降、容塵量、運(yùn)行壽命）之間的匹配關(guān)系，因此，需要優(yōu)化選型，選出適用于高濕度區(qū)域的材料作為基材，同時(shí)保證濾芯過(guò)濾效率與容塵量等綜合性能較優(yōu)，因此，對(duì)于濾芯設(shè)計(jì)原則和濾芯測(cè)試系統(tǒng)的研究應(yīng)用十分重要。

2 設(shè)計(jì)原則

2.1 濾芯在進(jìn)氣系統(tǒng)的布置形式

濾芯在進(jìn)氣系統(tǒng)中的安裝一般有傾斜（水平）布置和垂直布置2種型式。濾芯傾斜（水平）布置時(shí)，濾芯裝拆方便，比較適用于粉塵濃度不高的場(chǎng)合。濾芯垂直布置時(shí)，又可分上裝式和下裝式2種安裝形式。采用上裝式時(shí)，濾芯裝拆方便，操作人員不需要進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)箱體內(nèi)操作。采用下裝式時(shí)，濾芯裝拆非常困難，因?yàn)椴僮魅藛T必須進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)箱內(nèi)操作。工作環(huán)境十分惡劣，濾芯垂直布置更適用于粉塵濃度較高的場(chǎng)合，濾芯垂直布置脈沖清灰效果比傾斜（水平）布置效果更優(yōu)。

2.2 濾材過(guò)率面積的選擇

此處的過(guò)濾面積是指濾芯上濾材展開(kāi)的有效面積。濾芯過(guò)長(zhǎng)不利于脈沖清灰，濾芯波數(shù)需要針對(duì)具體結(jié)構(gòu)及濾紙類型選擇最匹配的濾芯波數(shù)；進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)口粉塵濃度越高，濾材折疊數(shù)則應(yīng)當(dāng)適當(dāng)減少，折寬需要適當(dāng)淺，即總體的過(guò)濾面積適當(dāng)減少，這樣有利于后期的進(jìn)氣過(guò)濾系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)。

2.3 過(guò)濾風(fēng)速的選擇

過(guò)濾風(fēng)速是指空氣通過(guò)濾材的平均速度。對(duì)于濾芯式進(jìn)氣系統(tǒng)過(guò)濾風(fēng)速一般為0.6~1.2m/min。最為理想的過(guò)濾風(fēng)速為0.8m/min。當(dāng)粉塵濃度較高時(shí)，可以考慮選擇較低的過(guò)濾風(fēng)速，降低了過(guò)濾風(fēng)速有利于提高進(jìn)氣系統(tǒng)的過(guò)濾效率，延長(zhǎng)濾芯使用壽命，降低工作阻力，改善通風(fēng)性能，但也會(huì)影響進(jìn)氣系統(tǒng)的造價(jià)[2]。

3 濾芯測(cè)試系統(tǒng)組成及原理

濾芯過(guò)濾性能測(cè)試系統(tǒng)是依據(jù)EN 779標(biāo)準(zhǔn)搭建的一般通風(fēng)用空氣過(guò)濾器測(cè)試系統(tǒng)，該測(cè)試系統(tǒng)是目前世界上最先進(jìn)的空氣過(guò)濾器測(cè)試設(shè)備，可旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)的管道部分方便測(cè)試過(guò)濾器的安裝，密封氣墊保證了測(cè)試管段的完全密封。測(cè)試系統(tǒng)具備高自動(dòng)化，保證測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。

測(cè)試系統(tǒng)由以下部分組成：測(cè)試管段、流量控制系統(tǒng)、氣溶膠發(fā)生系統(tǒng)、氣溶膠采樣系統(tǒng)和壓差測(cè)量系統(tǒng)。

4 濾芯過(guò)濾性能測(cè)試過(guò)程

EN 779標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定過(guò)濾器性能檢測(cè)分為3個(gè)部分：壓降測(cè)試、計(jì)數(shù)效率試驗(yàn)和容塵試驗(yàn)。

4.1 壓降測(cè)試

在濾芯壓降測(cè)試過(guò)程中，應(yīng)移除測(cè)試管道內(nèi)產(chǎn)生壓力損失的任何設(shè)備，包括諸如混合孔、擴(kuò)散板、采樣頭之類的裝置，放置HEPA（高效）過(guò)濾器防止環(huán)境中顆粒污染過(guò)濾器，測(cè)量并記錄額定風(fēng)量的25%、50%、75%、100%和125%下濾芯的壓力損失。

4.2 計(jì)數(shù)效率試驗(yàn)

計(jì)數(shù)效率試驗(yàn)選用DEHS多分散氣溶膠作為實(shí)驗(yàn)液體，在試驗(yàn)風(fēng)量下，調(diào)節(jié)氣溶膠發(fā)生器產(chǎn)生穩(wěn)定濃度的氣溶膠，濃度為0.1mg/m3，粒徑范圍為0.2~3μm。同時(shí)在被測(cè)濾芯上下游進(jìn)行采樣，總共測(cè)試3次然后取均值計(jì)算計(jì)數(shù)效率，未進(jìn)行過(guò)容塵試驗(yàn)的濾芯的計(jì)數(shù)效率稱為初始計(jì)數(shù)效率。

按下式計(jì)算某給定粒徑檔的效率E：

式中，ni為過(guò)濾器下游粒徑檔i的粒子數(shù)；Ni為過(guò)濾器上游粒徑檔i的粒子數(shù)。

4.3 容塵試驗(yàn)

容塵試驗(yàn)使用人工試驗(yàn)塵，其由質(zhì)量分?jǐn)?shù)72%的ISO 12103-1—2016《道路交通工具 用于濾清器評(píng)估的試驗(yàn)粉塵》規(guī)定的A2細(xì)塵、23%炭黑和5%棉絮組成。測(cè)試由于粉塵在濾芯上不斷沉積導(dǎo)致的阻力和效率變化，通入粉塵濃度設(shè)定為70mg/m3，直到濾芯阻力達(dá)到設(shè)定的終阻力值時(shí)停止試驗(yàn)。

試驗(yàn)開(kāi)始前首先測(cè)定初始效率和阻力，第一階段發(fā)塵30g后，直到到達(dá)終阻力整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程至少需要4次大致相等的發(fā)塵，在每個(gè)階段間測(cè)定計(jì)數(shù)效率、阻力和計(jì)重效率。通過(guò)第1階段30g發(fā)塵計(jì)算初始計(jì)數(shù)和計(jì)重效率，然后通過(guò)之后各階段的測(cè)試得出整個(gè)容塵過(guò)程濾芯的效率變化情況。

容塵過(guò)程中計(jì)數(shù)效率的測(cè)定方法與初始效率的測(cè)定方法相同，發(fā)塵總質(zhì)量乘以平均計(jì)重效率，即為最終給定終阻力下容塵量。

5 測(cè)試結(jié)果

試驗(yàn)條件如下：（1）試驗(yàn)風(fēng)量：2500m3/h；（2）試驗(yàn)空氣溫度：19℃；（3）空氣相對(duì)濕度：67%；（4）氣溶膠：DEHS；（5）負(fù)荷塵：ASHRAE。

不同風(fēng)量和發(fā)塵量下的阻應(yīng)力如表1和表2所示。

表1 風(fēng)量與阻力關(guān)系

表2 發(fā)塵量與阻力關(guān)系

根據(jù)表1和表2結(jié)果可得到相應(yīng)曲線關(guān)系如圖1。在不同發(fā)塵量下可得到0.4μm顆粒的過(guò)濾效率，如表3所示。

圖1 潔凈狀態(tài)及不同累計(jì)發(fā)塵量條件下流量與壓降關(guān)系

表3 不同發(fā)塵量下0.4μm顆粒過(guò)濾效率

6 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)濾芯為已使用過(guò)的濾芯，在額定風(fēng)量2500m3/h條件下，濾芯阻力為413Pa，已接近450Pa最高終阻力，此時(shí)，濾芯的過(guò)濾效率及容塵量測(cè)試不具有實(shí)驗(yàn)意義，故對(duì)于此根已使用的濾芯，僅對(duì)其額定風(fēng)量下的阻力進(jìn)行了測(cè)定。實(shí)驗(yàn)表明，針對(duì)濾芯搭建的測(cè)試平臺(tái)，可對(duì)已使用濾芯的進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)試與評(píng)價(jià)，可用于下一步進(jìn)行濾材優(yōu)化和改性。